(57)【要約】【課題】電流調整が可能でより簡易な構成でありながら、アークの発生を低減することができる直流リレーを提供する。【解決手段】直流リレー１は、電力の供給を遮断可能な無接点スイッチ２と、無接点スイッチ２と直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な第一遮断部１０とを具える。負荷に電力を供給する際は、無接点スイッチ２をオフにしておき、第一遮断部１０をオンにし、この状態で無接点スイッチ２のオン／オフの繰り返しを一定時間行い、負荷への電力を制限する。電力の供給を遮断する際は、まず、無接点スイッチ２をオフにしてから、第一遮断部１０をオフにして、アークの発生を防止する。【選択図】  図５
2005019104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷とに接続されて負荷への電力の供給を遮断可能な直流リレーであって、
前記電力の供給を遮断可能な無接点スイッチと、
前記無接点スイッチと直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な遮断部とを具えることを特徴とする直流リレー。
【請求項２】
負荷に電力を供給する際は、遮断部をオンにし、次に無接点スイッチのオン／オフの繰り返しにより電流を制御し、一定時間後、無接点スイッチをオンにして負荷に電力を供給し、
負荷への電力供給を遮断する際は、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにするように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
【請求項３】
無接点スイッチ及び遮断部のいずれか一方が負荷よりも電源の高電位側に配置され、他方が負荷よりも電源の低電位側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流リレー。
【請求項４】
遮断部は、開閉可能な接点対を複数具え、一部の接点対が負荷よりも電源の高電位側に配置され、残部の接点対が負荷よりも電源の低電位側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流リレー。
【請求項５】
更に、遮断部の開閉動作を制御する第一制御回路、及び無接点スイッチのオン／オフを制御する第二制御回路の少なくとも一方を具えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直流リレー。
【請求項６】
第二制御回路は、無接点スイッチの電位と閾電位とを比較する比較器を具え、無接点スイッチの電位が閾電位を超えた際、無接点スイッチに過電流が流れたと判定し、無接点スイッチをオフにするように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の直流リレー。
【請求項７】
更に、負荷に供給される電流を測定する電流センサを具え、過電流が流れた際、少なくとも無接点スイッチをオフにするように構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の直流リレー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷への電力供給を遮断可能な直流電流のリレーに関するものである。特に、アークの発生を効果的に抑制して、或いは発生させることなく電力供給を遮断することができると共に、部品点数が少なく、より小型な直流リレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題からハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や燃料電池自動車などといった高電圧（約３００Ｖ）でモータなどを駆動する自動車が開発されてきている。これらの自動車は、モータなどの電気機器（負荷）に電力を供給する直流高電圧の電源を具え、電源と負荷とを電気的に接続又は切り離しする遮断機構として、機械的な接続又は切り離しを行う直流リレーを用いたリレーユニットが利用されている。
【０００３】
図３５は、ＨＥＶに用いられている従来のリレーユニットを説明する概略回路図である。リレーユニット１００は、機械的な遮断を行う複数の直流リレー１０１〜１０３と抵抗１０４とを具える。具体的には、電源１０５の高電位側に第一リレー１０１、負荷よりも電源１０５の低電位側に第二リレー１０２をそれぞれ電源１０５に直列に具える。また、第一リレー１０１と並列に第三リレー１０３及び抵抗１０４を具える。なお、リレーユニット１００以外の回路の開手段として、電源１０５近傍にサービスプラグ１０６や電圧ヒューズ１０７を具える。
【０００４】
上記リレーユニット１００を用いた負荷への電力の供給は、電力投入直後、抵抗１０４を介して電流を流し、しばらくしてから第一リレー１０１及び第二リレー１０２を介して通常の電力供給を行う。具体的には、第一リレー１０１をオフにしておき、第二リレー１０２、第三リレー１０３を順にオンにし、抵抗１０４を介して負荷への電力の投入を開始し、一定時間後、第一リレー１０１をオンにして、第一リレー１０１及び第二リレー１０２を介して負荷に電力を供給する。
【０００５】
上記のような直流高電圧を遮断する場合は交流と異なり、電流がゼロとなる点が無いため、発生するアークが非常に大きく、短時間での遮断が非常に難しい。そこで、従来、リレーユニットに用いられる直流リレーとして、水素などの冷却効果が大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３２０４１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のリレーユニットでは、部品点数が多く、大型化するという問題がある。
【０００８】
負荷には、容量の大きなコンデンサを具えていることがある。そのため、電力の投入開始直後、抵抗を介して電流の制限を行わず、第一リレーを介して直ちに電力の供給を行うと、負荷に過電流が流れて負荷が破壊される恐れがある。そこで、電力の投入開始直後は、コンデンサが十分に充電できるように、電流を制限するべく上記のように抵抗を介して電力の供給を行う。このように電力の投入開始直後における電流の調整を行うため、従来は、図３５に示すようにリレーユニットに三つの直流リレーを具えている。しかし、これらの三つの直流リレーは、開閉を行うソレノイドなどの駆動機構をそれぞれ別個に具える独立した構成であるため、リレーユニットの部品点数が多く、大型になる傾向にある。
【０００９】
また、直流リレーとして、特許文献１に示すような気体を用いてアークを抑制する構造では、自動車という限られたスペースに搭載する機器において性能を落とすことなく小型化することが非常に困難である。特許文献１に記載される構造では、気体を完全に密閉できるケース構造が必要となるが、気密性に加え、数千℃〜１万℃という高温のアークに対する耐熱性をも考慮すると、ケースの密閉接合部の面積を大きくとるべくケースの厚みを非常に厚くしなければならず、ケースが大型化してしまう。また、このようにケースを厚くしても、長期間に亘ってメンテナンスをせずに気体の密封を維持し続けることは、困難である。
【００１０】
更に、上記ケースは、数千℃以上といった高温に耐え得るセラミックなどの材料で形成されると共に、構造も複雑であるため、経済性も悪い。
【００１１】
従って、本発明の目的は、電力の投入開始直後において電流調整が可能でありながら、部品点数が少なく、より簡易な構成でアークを効果的に抑制できる、又はアークの発生をなくすことができる直流リレーを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械的に遮断可能な遮断部と無接点スイッチとを組み合わせて用いることで、上記目的を達成する。
【００１３】
即ち、本発明は、電源と負荷とに接続されて負荷への電力の供給を遮断可能な直流リレーであって、前記電力の供給を遮断可能な無接点スイッチと、前記無接点スイッチと直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な遮断部とを具える。
【００１４】
本発明は、無接点スイッチを具えることで、ソレノイドなどの接点の開閉を行う駆動手段を減らして、部品点数を削減し小型化を実現する。また、無接点スイッチは、機械的な遮断を行う遮断部と異なり、オフにする際、アークを生じることが無いため、電力供給を遮断する際、無接点スイッチを遮断部よりも先にオフにすることで、アークの発生を無くす、又はアークを効果的に低減することができる。更に、無接点スイッチだけでなく、機械的な遮断が可能な遮断部を具えることで、回路を確実に遮断することができる。加えて、無接点スイッチのスイッチングを電流の調整に利用することができるため、電力の投入開始直後において、電流の制限を行うことができる。従って、本発明は、アークの消弧性能を低下させることがない、或いは向上させることができると共に、より小型で電流調整機能を具えた直流リレーを提供することができる。また、従来のように気体を利用した消弧構造でないため、大型で複雑な構造とならず、かつ長期に亘り十分な性能を維持することができる。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１５】
本発明において無接点スイッチは、半導体からなるものが好ましい。半導体からなる無接点スイッチとしては、例えば、トランジスタ、ＪＦＥＴ（接合形電界効果トランジスタ）、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などが挙げられる。特に、Ｓｉ系半導体からなるものよりも、ＳｉＣやＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体からなるものは、耐電圧性に優れ、大電流の通電が可能であるため好ましい。このような無接点スイッチは、負荷よりも電源の低電位側（ローサイド）、高電位側（ハイサイド）のいずれに配置してもよい。
【００１６】
半導体からなる無接点スイッチを用いる場合、半導体は、通常、遮断時においても漏れ電流が流れるが、電力が限られている自動車では、漏れ電流をなくすことが望まれる。本発明リレーには、上記無接点スイッチと直列に、機械的に遮断可能な遮断部を具えることで、回路を電気的に完全に絶縁することができ、漏れ電流を効果的に防止することができる。この遮断部には、開閉可能な接点対を具えるものとする。接点対の開閉は、後述する駆動部を具えて行うとよい。接点対は、入力接点と出力接点とを具える。入力接点及び出力接点の双方を可動接点としてもよいが、その場合、駆動部が多くなるため、一方を固定接点とし、他方を可動接点とすることが好ましい。
【００１７】
更に、入力接点及び出力接点だけでなく、入力接点と出力接点とに接続又は切り離しが可能な連結接点を具えて、接点対の数を多くしてもよい。連結接点は、入力接点と接続又は切り離し可能な入力側連結接点、出力接点と接続又は切り離し可能な出力側連結接点を具えるとよい。このとき、入力接点及び出力接点を固定接点とし、連結接点を駆動部で駆動される可動接点とするとよい。入力接点及び入力側連結接点からなる接点対、出力接点及び出力側連結接点からなる接点対というように、接点対を複数具えた場合、無接点スイッチが故障するなどして遮断部に加えられる供給電圧の低減が十分にできなかった場合であっても、電力の供給を遮断する際、複数の接点対に電圧を分圧して、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることで、アークを発生しにくくすることができる。
【００１８】
また、遮断部が複数の接点対を具える多接点とする場合、負荷よりも高電圧電源（例えば約３００Ｖ）の高電位側、又は負荷よりも高電圧電源の低電位側に全ての接点対を配置してもよいが、一部の接点対を負荷よりも高電圧電源の高電位側に配置し、残部の接点対を負荷よりも高電圧電源の低電位側に配置してもよい。このとき、負荷よりも高電圧電源の高電位側、低電位側の双方に遮断機構が具えられることになる。この構成により、高電圧電源のいずれかの側の電線が低電圧系のボディアースと短絡した場合であっても、負荷に大きな電流が流れることを防止することができる。ハイブリッドカーなどの車載システムでは、高電圧電源と低電圧系の負荷間がトランスにより絶縁分離され、低電圧系に具える低電圧バッテリー（例えば１２Ｖ）は、通常ボディアースがとられている。このボディアースと高電圧電源の高電位側、或いは低電位側とは、電位が異なるため、ボディアースと上記高電位側の電線、或いはボディアースと上記低電位側の電線のいずれの電線が短絡しても、負荷に大きな電流が流れる恐れがある。しかし、高電圧電源の高電位側及び低電位側の双方に、それぞれ遮断部を具えることで、負荷に過大な電流が流れることを効果的に防止することができる。
【００１９】
遮断部、無接点スイッチの具体的な配置形態を表１に示す。表１において、「無接点」は無接点スイッチ、「メカ１」は遮断部、「メカ１’」は遮断部を多接点とする場合、遮断部の接点対のうち少なくとも一組の接点対とする。配置形態としては、負荷よりも電源のハイサイドに無接点スイッチ及び遮断部のいずれか一方を配置し、負荷よりも電源のローサイドに他方を配置する場合（形態１、２）、負荷よりも電源のハイサイドに無接点スイッチ及び遮断部を配置する場合（形態３、４）、負荷よりも電源のローサイドに無接点スイッチ及び遮断部を配置する場合（形態５、６）が挙げられる。いずれの配置形態においても、遮断部は、入力接点及び出力接点からなる一組の接点対を具える構成としてもよいし、連結接点を具えて多数組の接点対を具える構成としてもよい。また、多接点とする場合、ある接点対を負荷よりも電源のハイサイドに配置し、残りの接点対を負荷よりも電源のローサイドに配置してもよい。具体的には、上記配置形態３〜６において、一部の接点対を負荷よりも電源のハイサイドに配置し、残部の接点対を負荷よりも電源のローサイドに配置する場合（形態７〜１０）が挙げられる。配置形態１、２の場合、上記遮断部を多接点とし、一部の接点対を負荷よりも電源の高電位側に配置し、残部の接点対を負荷よりも電源の低電位側に配置する場合と同様に、高電圧電源の高電圧側及び低電圧側のいずれかの側の電線が低電圧系のボディアースと短絡した場合であっても、負荷に大きな電流が流れることを防止できる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
配置形態の具体例を図１に示す。図１（Ａ）は配置形態１、図１（Ｂ）は配置形態３、図１（Ｃ）は配置形態４、図１（Ｄ）は配置形態１０を示す。図１に示すいずれの配置形態も、遮断部１０は、入力接点１１ａ及び出力接点１１ｂに加え、連結接点１１ｃを具える例を示す。連結接点１１ｃには、入力接点１１ａと接続又は切り離し可能な入力側連結接点１１ｄ、出力接点１１ｂと接続又は切り離し可能な出力側連結接点１１ｅを具える。また、連結接点１１ｃは、駆動部１２により駆動される可動接点としている。なお、図１（Ｃ）は、入力側連結接点１１ｄと出力側連結接点１１ｅ間に無接点スイッチを具える構成である。また、遮断部は、更に連結接点を具えて、接点対をより多く具える構成としてもよい。例えば、図１（Ｄ）は、連結接点１１ｃに加えて第二連結接点１３ｃを具える例である。そして、連結接点１１ｃを負荷よりも電源のハイサイドに配置し、第二連結接点１３ｃを負荷よりも電源のローサイドに配置している。第二連結接点１３ｃは、第二入力接点１３ａと接続又は切り離し可能な第二入力側連結接点１３ｄ、第二出力接点１３ｂと接続又は切り離し可能な第二出力側連結接点１３ｅを具える。
【００２２】
上記構成を具える本発明リレーは、負荷に電力を供給する際、無接点スイッチをオフにしておき、遮断部をオンにし、次に無接点スイッチのオン／オフの繰り返しにより電流を制御し、一定時間後、無接点スイッチをオンにして負荷に電力を供給し、負荷への電力供給を遮断する際、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにするように構成することが好ましい。
【００２３】
この構成では、電力投入直後において無接点スイッチのスイッチングにより、電流の調整を行い、電流を制限した状態で電力を供給する。そして、一定時間、即ち、負荷に具えるコンデンサが十分充電された後、無接点スイッチをオンにして電流の制限を停止し、負荷に通常の電力を供給する。即ち、本発明リレーは、無接点スイッチによるスイッチングを利用して、負荷への電力の供給にあたり従来のリレーユニットと同様に電流の調整を行うことができる。
【００２４】
また、この構成において通常の電力の供給は、無接点スイッチをオンにしておき、無接点スイッチを介して行う。従って、無接点スイッチは、通常の通電電流及び通電電圧に十分耐え得るものを使用する。
【００２５】
一方、電力の供給を遮断する際は、アークが発生しない無接点スイッチをまずオフにして、回路に流れる電流をほとんどなくした後、機械的な遮断を行う遮断部をオフにする。従って、遮断部をオフにする際、アークが発生することはほとんどない、或いは全くない。このように本発明リレーは、アークの発生を防止することができ、気体密閉構造を用いない簡易な構成でありながら、短時間で遮断することができる。特に、遮断部に連結接点を具えて多接点とする場合、無接点スイッチが故障するなどして遮断部に加えられる供給電圧の低減が十分にできなかった場合であっても、各接点対に加わる電圧を小さくできるため、アークをより効果的に防止することができる。
【００２６】
更に、電力の供給を機械的に遮断可能な第二遮断部を無接点スイッチと並列に具え、通常時の電力の供給をこの第二遮断部を介して行う構成としてもよい。第二遮断部には、上記遮断部（以下、無接点スイッチと直列に配置する上記遮断部を第一遮断部と呼ぶ）と同様に開閉可能な接点対を具えると共に、開閉動作を行うための第二駆動部を具えるとよい。第二駆動部は、第一遮断部の開閉動作を行う駆動部と別に具えておき、第一遮断部の開閉と、第二遮断部の開閉とを別々に行えるようにしておく。接点対の構成は、上記第一遮断部と同様に、第三入力接点と第三出力接点のみとしてもよいし、多接点とするべく、第三連結接点を更に具えていてもよい。第三連結接点は、第三入力接点と接続又は切り離し可能な第三入力側連結接点、第三出力接点と接続又は切り離し可能な第三出力側連結接点を具えるとよい。
【００２７】
上記二つの遮断部のうち、一方の遮断部を負荷よりも高電圧電源（例えば約３００Ｖ）の高電位側、他方の遮断部を負荷よりも高電圧電源の低電位側に配置すると、高電圧電源のいずれかの側の電線が低電圧系のボディアースと短絡した場合であっても、負荷に大きな電流が流れることを防止することができる。
【００２８】
第一遮断部、無接点スイッチ及び第二遮断部の具体的な配置形態を表２に示す。表２において、「無接点」は無接点スイッチ、「メカ１」は第一遮断部、「メカ１’」は第一遮断部を多接点とする場合、第一遮断部の接点対のうち少なくとも一組の接点対、「メカ２」は第二遮断部とする。配置形態としては、負荷よりも電源のハイサイドに第一遮断部と無接点スイッチ及び第二遮断部とを配置する場合（配置形態１、２）、負荷よりも電源のローサイドに第一遮断部と無接点スイッチ及び第二遮断部とを配置する場合（配置形態３、４）、負荷よりも電源のハイサイドに第一遮断部、無接点スイッチ及び第二遮断部のいずれか一方を配置し、負荷よりも電源のローサイドに上記いずれか他方を配置する場合（形態５、６）が挙げられる。いずれの配置形態においても、各遮断部は、入力接点及び出力接点からなる一組の接点対を具える構成としてもよいし、連結接点を具えて多数組の接点対を具える構成としてもよい。また、多接点とする場合、ある接点対を負荷よりも電源のハイサイドに配置し、残りの接点対を負荷よりも電源のローサイドに配置してもよい。具体的には、例えば、第一遮断部が多接点とする場合、上記配置形態１〜４において、一部の接点対を負荷よりも電源のハイサイドに配置し、残部の接点対を負荷よりも電源のローサイドに配置する場合（形態７〜１０）が挙げられる。
【００２９】
【表２】
2005019104.tif 000004
【００３０】
配置形態の具体例を図２に示す。図２（Ａ）は配置形態５、図２（Ｂ）は配置形態６、図２（Ｃ）は配置形態２、図２（Ｄ）は配置形態７を示す。図２に示すいずれの配置形態も、第一遮断部１０は、第一入力接点１１ａ及び第一出力接点１１ｂに加え、第一連結接点１１ｃを具え、第二遮断部３０は、第三入力接点３１ａ及び第三出力接点３１ｂに加え、第三連結接点３１ｃを具える例を示す。第一連結接点１１ｃには、第一入力接点１１ａと接続又は切り離し可能な第一入力側連結接点１１ｄ、第一出力接点１１ｂと接続又は切り離し可能な第一出力側連結接点１１ｅを具える。第三連結接点３１ｃには、第三入力接点３１ａと接続又は切り離し可能な第三入力側連結接点３１ｄ、第三出力接点３１ｂと接続又は切り離し可能な第三出力側連結接点３１ｅを具える。また、第一連結接点１１ｃ及び第三連結接点３１ｃは、それぞれ別個の第一駆動部１２、第二駆動部３２により駆動される可動接点としている。なお、図２（Ｃ）は、第一入力側連結接点１１ｄと第一出力側連結接点１１ｅ間に、並列に配置した無接点スイッチ及び第二遮断部３０を具える構成である。また、いずれの遮断部においても、更に連結接点を具えて、接点対をより多く具える構成としてもよい。例えば、図２（Ｄ）は、第一連結接点１１ｃに加えて第二連結接点１３ｃを具える例である。そして、第一連結接点１１ｃを負荷よりも電源のハイサイドに配置し、第二連結接点１３ｃを負荷よりも電源のローサイドに配置している。
【００３１】
上記第二遮断部を具える本発明リレーは、負荷に電力を供給する際、無接点スイッチ及び第二遮断部をオフにしておき、第一遮断部をオンにし、次に無接点スイッチのオン／オフの繰り返しにより電流を制御し、一定時間後、第二遮断部をオンにして負荷に電力を供給し、負荷への電力供給を遮断する際、無接点スイッチをオンにしておき、第二遮断部をオフにし、次に無接点スイッチをオフにした後、第一遮断部をオフにするように構成することが好ましい。
【００３２】
この構成も、電力投入直後、無接点スイッチのスイッチングにより、電流の調整を行う点は、上記第一遮断部のみを具える構成と同様である。しかし、この構成では、通常時の電力供給は無接点スイッチを介して行うのではなく、第二遮断部を介して行う。このように第二遮断部を介して通常の電力供給を行うことで、無接点スイッチは、電力投入時の電流及び電圧に耐え得るものであれば、十分用いることができ、上記第一遮断部のみを具える構成よりも耐性の許容範囲を広げることが可能である。
【００３３】
一方、電力の供給を遮断する際は、まず無接点スイッチをオンして第二遮断部をオフにする。第二遮断部をオフにする前に予め無接点スイッチをオンにしておく、即ち、導通状態としておくことで、第二遮断部の両側に電位差がほとんど生じない状態となる。従って、第二遮断部をオフにしても、アークが発生することがほとんどない、或いは全くない。次に、アークが発生しない無接点スイッチをオフにして、回路に流れる電流をほとんどなくした後、第一遮断部をオフにする。従って、第一遮断部をオフにする際も、アークが発生することがほとんどない、或いは全くない。このように本発明リレーは、アークの発生を防止することができるため、短時間での遮断を実現することができる。また、この構成では、第一遮断部に加え第二遮断部を具えて接点対を多くしていることで、無接点スイッチが故障するなどして遮断部に加えられる供給電圧の低減が十分にできなかった場合であっても、これらの遮断部を同時にオフにすると、各接点対に加わる電圧を小さくできるため、アークを効果的に防止することができる。
【００３４】
上記第二遮断部ではなく、抵抗を無接点スイッチと並列に具えてもよい。無接点スイッチ及び抵抗、遮断部の具体的な配置形態を表３に示す。表３において、「無接点」は無接点スイッチとする。配置形態としては、無接点スイッチ及び抵抗と遮断部とを負荷よりも電源のハイサイドに配置する場合（配置形態１、２）、無接点スイッチ及び抵抗と遮断部とを負荷よりも電源のローサイドに配置する場合（配置形態３、４）、無接点スイッチ及び抵抗を負荷よりも電源のハイサイドに配置し、遮断部を負荷よりも電源のローサイドに配置する場合（配置形態５）、無接点スイッチ及び抵抗を負荷よりも電源のローサイドに配置し、遮断部を負荷よりも電源のハイサイドに配置する場合（配置形態６）が挙げられる。いずれの配置形態においても、遮断部は、入力接点及び出力接点からなる一組の接点対を具える構成としてもよいし、連結接点を具えて多数組の接点対を具える構成としてもよい。配置形態５、６の場合、負荷よりも高電圧電源の高電位側、低電位側の双方に遮断機構が具えられるため、高電圧電源の高電位側及び低電位側のいずれか一方の側の電線が低電圧系のボディアースと短絡した場合であっても、負荷に大きな電流が流れることを防止できる。
【００３５】
【表３】
2005019104.tif 000005
【００３６】
配置形態の具体例を図３に示す。図３（Ａ）は配置形態２、図３（Ｂ）は配置形態５、図３（Ｃ）は配置形態１、図３（Ｄ）は配置形態６を示す。図３は、いずれも入力接点１１ａ及び出力接点１１ｂに加え、連結接点１１ｃを具える例を示す。また、連結接点１１ｃは、駆動部１２により駆動される可動接点としている。図３（Ａ）は、入力側連結接点１１ｄと出力側連結接点１１ｅ間に、並列に配置した無接点スイッチ及び抵抗Ｒを具える構成である。また、図３（Ｄ）は、遮断部１０において、更に第二連結接点１３ｃを具えて、４組の接点対を具える例を示す。
【００３７】
上記抵抗を具える本発明リレーは、負荷に電力を供給する際、無接点スイッチをオフにしておき、遮断部をオンにし、一定時間後、無接点スイッチをオンにして負荷に電力を供給し、負荷への電力供給を遮断する際、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにするように構成することが好ましい。
【００３８】
この構成では、電力投入直後において、無接点スイッチをオフにしておき、抵抗を介することで電流の調整を行い、電流を制限した状態で電力を供給する。即ち、この構成では、無接点スイッチのスイッチングではなく、抵抗を利用して負荷への電力の供給にあたり、従来のリレーユニットと同様に電流の調整を行うことができる。なお、この構成では、上記遮断部のみを具える構成と同様に無接点スイッチを介して通常時の電力供給を行う。従って、無接点スイッチは、通常の通電電流及び通電電圧に十分耐え得るものを使用する。
【００３９】
一方、電力の供給を遮断する際は、アークが生じない無接点スイッチをまずオフにする。このとき、電力は、抵抗を介して供給され、供給電圧のほとんどが抵抗に印加されるため、遮断部の接点は、電位差がほとんどない状態となり、遮断部をオフにする際には、アークが生じにくくなる、或いは全く生じない。本発明リレーは、このようにしてアークの発生を抑制することができ、高速遮断が可能である。特に、遮断部に連結接点を具える場合、接点対が多いことで、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくし、無接点スイッチが故障するなどして遮断部に加えられる供給電圧を抵抗により十分低減できなかった場合であっても、アークをより発生しにくくすることができる。
【００４０】
上記抵抗を具える構成において、遮断部は、開閉可能な接点対を複数具え、一部の接点対を負荷よりも電源の高電位側に配置し、残部の接点対を負荷よりも電源の低電位側に配置することが好ましい。このとき、負荷よりも高電圧電源の高電位側、低電位側の双方に遮断機構が具えられるため、高電圧電源のいずれかの側の電線が低電圧系のボディアースと短絡した場合であっても、負荷に大きな電流が流れることを効果的に防止できて好ましい。また、多接点とすることで、無接点スイッチが故障するなどして、供給電圧が抵抗を介さずそのまま遮断部に印加されても、接点対一つあたりに加わる電圧を小さくすることができるため、アークをより発生しにくくすることができる。
【００４１】
無接点スイッチ及び抵抗、遮断部の具体的な配置形態を表４に示す。表４において、「無接点」は無接点スイッチ、「遮断部Ａ」は遮断部の接点対のうち一部の接点対、「遮断部Ｂ」は遮断部の接点対のうち遮断部Ａで選択した残りの接点対とする。配置形態としては、負荷よりも電源のハイサイドに無接点スイッチ及び抵抗と一部の接点対とを配置し、負荷よりも電源のローサイドに残部の接点対を配置する場合（配置形態１、２）、負荷よりも電源のハイサイドに一部の接点対を配置し、負荷よりも電源のローサイドに無接点スイッチ及び抵抗と残部の接点対とを配置する場合（配置形態３、４）が挙げられる。いずれの配置形態においても、負荷よりも電源のハイサイド、負荷よりも電源のローサイドに少なくとも一組の接点対が配置される構成とすればよく、更に連結接点を具えて多数組の接点対を具える構成としてもよい。
【００４２】
【表４】
2005019104.tif 000006
【００４３】
配置形態の具体例を図４に示す。図４（Ａ）、（Ｂ）は配置形態２、図４（Ｃ）は配置形態４を示す。図４に示すいずれの配置形態も、遮断部１０は、第一連結接点１１ｃと第二連結接点１３ｃとを具え、第一連結接点１１ｃがつくる接点対を負荷よりも電源の高電位側に配置し、第二連結接点１３ｃがつくる接点対を負荷よりも電源の低電位側に配置している。第一連結接点１１ｃ及び第二連結接点１３ｃは、同一の駆動部１２により駆動される可動接点としている。なお、図４（Ａ）は、第一入力側連結接点１１ｄと第一出力側連結接点１１ｅ間に、並列に配置した無接点スイッチ及び抵抗Ｒを具える構成である。
【００４４】
上記抵抗を具えると共に、遮断部が多接点で負荷よりも電源の高電位側、低電位側の双方に接点対を配置する本発明リレーは、上記抵抗を具えるリレーと同様に、負荷に電力を供給する際、無接点スイッチをオフにしておき、遮断部をオンにし、一定時間後、無接点スイッチをオンにして負荷に電力を供給し、負荷への電力供給を遮断する際、無接点スイッチをオフにした後、遮断部をオフにするように構成することが好ましい。
【００４５】
この構成も、図３に示す抵抗を具えるリレーと同様に電力投入直後において、無接点スイッチをオフにしておき、抵抗を利用して電流の調整を行い、電流を制限した状態で電力を供給し、一定時間後、無接点スイッチをオンにして電流の制限を停止し、負荷に通常の電力を供給する。また、電力の供給を遮断する際も図３に示す抵抗を具えるリレーと同様にまず無接点スイッチをオフにして、供給電力の大部分を抵抗に印加した後、遮断部をオフにする。このように抵抗を利用することで、本発明リレーは、アークの発生を効果的に低減する、或いは全くなくす。図３、４に示すリレーにおいて抵抗は、例えば、従来のリレーユニットと同様のものを用いてもよい。
【００４６】
上記入力接点、出力接点や、連結接点は、銅などの導電性部材に設けるとよい。上記（第一）遮断部、第二遮断部が入力接点及び出力接点のみを具える場合、一方の接点を設けた導電性部材を絶縁性材料からなるベースに配置し、このベースに各遮断部の駆動部を連結して可動接点とするとよい。上記（第一）遮断部、第二遮断部が更に連結接点を具える場合、各遮断部において入力側連結接点、出力側連結接点を銅などの導電性部材に設け、これら導電性部材を絶縁性材料からなるベースに配置し、このベースに駆動部を連結するとよい。一つの遮断部に複数の連結接点を具える場合も上記のような絶縁性材料からなるベースに配置して、同一の駆動部にて駆動可能なように構成するとよい。
【００４７】
接点の開閉を行う（第一）駆動部や第二駆動部の駆動源は、種々のものが利用できる。例えば、ソレノイドやシリンダなどの直動系駆動源、モータなどの回転系駆動源が挙げられる。直動系駆動源を用いる場合、接点を設けた導電性部材、又は接点を設けた導電性部材を配置した絶縁性のベースに直動系駆動源を連結して接点を開閉させるとよい。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点の開閉を行うとよい。
【００４８】
上記（第一）遮断部、第二遮断部のオン／オフの制御は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、電子制御装置）などのＭＰＵ（マイクロコンピュータ）を搭載した制御機器を用いて適宜行ってもよい。例えば、自動車に既存の制御装置に本発明リレーを取り付けて、この既存の制御装置に本発明リレーの駆動機能を追加して用いてもよい。このとき、リレー自体の構成部品をより低減することができると共に、既存の制御装置を用いることで、低コストにすることができる。
【００４９】
無接点スイッチのオン／オフの制御は、上記（第一）遮断部、第二遮断部の制御と同様に、無接点スイッチへの信号の制御を行う半導体スイッチを有する制御回路を具えて行うとよい。この制御回路は、自動車などに搭載されている制御装置のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、電子制御装置）などのＭＰＵ（マイクロコンピュータ）と接続可能にしておく。また、図３、４に示すように無接点スイッチと並列に抵抗を具える構成の場合、電力投入直後、抵抗を介して負荷に電力供給を行うため、遮断部をオンにしてから一定時間後に無接点スイッチをオンにする。このような構成の場合、無接点スイッチの制御回路として、（第一）遮断部をオンにした時間よりも無接点スイッチをオンにする時間を遅らせるための抵抗Ｒ１とコンデンサとを具える構成のものが挙げられる。無接点スイッチをオンにする時間は、抵抗Ｒ１とコンデンサとの積により調整するとよい。
【００５０】
また、（第一）遮断部、第二遮断部のオン／オフを制御する制御回路をも本発明リレーに具えていてもよい。このような制御回路は、例えば、信号の制御を行うＭＰＵ（マイクロコンピュータ）と、低電圧電源（例えば、１２Ｖ）に接続されると共に、ＭＰＵなどの電源となる電源回路と、（第一）駆動部、第二駆動部への信号の制御を行う半導体スイッチやリレーとを具える構成が挙げられる。ここで、電気信号のままであると、ＭＰＵなどからノイズを受け易く、回路が誤作動する恐れがある。そこで、（第一）遮断部、第二遮断部の制御回路には、電気信号を一旦光信号に変換し、再度電気信号に変換するフォトカプラを具えると、光信号に変換することで、ノイズの伝達を遮断することができ、好ましい。図３、４に示すように無接点スイッチと並列に抵抗を具える構成の場合は、フォトカプラを具えなくてもよい。このように（第一）遮断部、第二遮断部のオン／オフの制御及び無接点スイッチのオン／オフを行う制御回路を具えた本発明リレーは、自動車などへの取り付け作業性に優れて好ましい。
【００５１】
上記（第一）遮断部、第二遮断部のオン／オフを制御する制御回路は、無接点スイッチのオン／オフを行う制御回路と別個に具えていてもよいが、両者の制御回路を一体の回路とすると、回路の占有面積をより小さくすることができて好ましい。
【００５２】
更に、短絡事故などの事故の際、過大な電流が負荷に流れて火災などの重大な事態を回避するべく、過電流が流れた際、少なくとも無接点スイッチをオフにする構成を具えることが好ましい。具体的には、例えば、負荷に供給される電流を測定する電流センサを具えておくことが挙げられる。電流センサは、例えば、ホール素子やカレントトランスなどが挙げられる。電流センサからの情報（測定データ）は、本発明リレーを取り付けた制御装置のＭＰＵや本発明リレーに具える制御回路のＭＰＵに伝達して、電流値が閾値超となった際、無接点スイッチをオフにするような回路を構成するとよい。
【００５３】
その他の構成として、例えば、無接点スイッチの制御回路を工夫することが挙げられる。例えば、無接点スイッチの電位、より具体的にはソース・ドレイン間の電位差と閾電位とを比較する比較器を具え、無接点スイッチの電位が閾電位を超えた際、無接点スイッチに過電流が流れたと判定し、無接点スイッチをオフにするように構成された制御回路を具えていてもよい。上記制御回路は、無接点スイッチに流れる電流と、ソース・ドレイン間の電位差が比例の関係にあることを利用して、比較器によりソース・ドレイン間の電位差と閾電位とを比較し、ソース・ドレイン間の電位差が閾電位を超えた場合、過電流が生じていると判定し、無接点スイッチをオフにする構成である。いわゆるラッチ回路と呼ばれる保護回路を用いてもよい。比較器としては、コンパレータなどが挙げられる。
【００５４】
上記構成を具える本発明リレーは、過電流が生じた際、無接点スイッチをオフにすることで、回路を遮断された状態にする、或いは過大な電流が抵抗を介して流れる状態にすることができる。そのため、負荷への過大な電流の投入を無くすことができる、或いは制限することができる。このように事故時などに発生する過大な電流を無くす又は制限することで、配線や負荷などが異常加熱するなどの事態を回避し易い。
【００５５】
更に、無接点スイッチに加えて、（第一）遮断部をオフにして、電力供給を完全に断つこともできる。第二遮断部を具える場合は、これらの遮断部をもオフにするよう構成しても、もちろんよい。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１：無接点スイッチと第一遮断部とを具える例）
図５は、本発明直流リレーの概略を示す回路図である。本例に示す直流リレー１は、負荷への電力の供給を遮断可能な無接点スイッチ２と、無接点スイッチ２と直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な第一遮断部１０とを具える。以下、各構成をより詳しく説明する。
【００５７】
＜無接点スイッチ＞
本例において無接点スイッチ２は、ワイドギャップ半導体からなるＦＥＴを用いた。また、無接点スイッチ２のオン／オフの制御を行う制御回路を具えている。
【００５８】
図６は、無接点スイッチのオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図である。無接点スイッチ２に具える制御回路としては、例えば、図６に示す構成が挙げられる。この制御回路は、無接点スイッチ２に電力の供給を行う電源回路と接続可能な電源端子２ａ、２ｃと、ＭＰＵからの無接点スイッチ２のオン／オフ信号を受ける信号端子２ｂとを具える。更に、信号端子２ｂに接続されて、無接点スイッチ２への信号の制御を行う半導体スイッチＱ１を具える。電源端子２ａ、２ｃ間には、制御回路の電圧を一定に保つようにキャパシタＣを具える。また、無接点スイッチ２へのオン／オフの信号（電圧）を与えるための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、負荷に流れる大電流系から制御回路に電流が逆流するのを防止するためのダイオードＤ１とを具える。
【００５９】
＜第一遮断部＞
《接点》
図７は、本発明直流リレーの概略を示す上面図、図８は、その正面図、図９は、その分解構成図である。本例に示す第一遮断部１０は、第一入力接点１１ａ及び第一出力接点１１ｂに加えて、第一連結接点１１ｃを具える構成である。第一連結接点１１ｃは、第一入力接点１１ａと接続又は切り離し可能な第一入力側連結接点１１ｄ、第一出力接点１１ｂと接続又は切り離し可能な第一出力側連結接点１１ｅを具える。従って、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄとで一組の接点対をなし、第一出力接点１１ｂと第一出力側連結接点１１ｅとで一組の接点対をなし、合計二組の接点対を具える構成である。
【００６０】
第一入力接点１１ａ、第一出力接点１１ｂは、それぞれ別の導電性部材の一面に形成した。第一入力接点１１ａを設けた導電性部材には、負荷に接続可能な端子１１Ａ、第一出力接点１１ｂを設けた導電性部材には、電源Ｖに接続可能な端子１１Ｂを設けている。
【００６１】
第一入力側連結接点１１ｄは、導電性材料からなる第一連結部材１２ｂの一面の一部に設け、この第一連結部材１２ｂの同じ面において他の一部に第一出力側連結接点１１ｅを設けている。第一連結部材１２ｂは、絶縁性材料からなるベース１２ｃに配置している。
【００６２】
《第一駆動部》
第一駆動部１２の駆動源として、本例では、ソレノイド１２ａを用いている。本例では、第一連結部材１２ｂを搭載したベース１２ｃに第一駆動部１２のソレノイド１２ａを連結して、上記二組の接点対の開閉を行う。即ち、本例では、第一連結接点１１ｃを第一駆動部１２により駆動可能な可動接点とし、第一入力接点１１ａ及び第一出力接点１１ｂを固定接点とする。ソレノイド１２ａには、ソレノイド１２ａに電力の供給を行う電源端子１２ｄ、１２ｅが連結され、電流の供給／停止により適宜第一遮断部１０のオン／オフを行う。本例において第一遮断部１０のオン／オフの制御、即ち、ソレノイド１２ａへの電力の供給は、例えば、自動車に搭載される既存の制御装置に第一遮断部１０の駆動機能を追加することで行う。
【００６３】
＜動作説明＞
《電力投入動作》
上記構成を具える直流リレー１において、負荷に電力を供給する際の動作を説明する。まず、無接点スイッチ２をオフにしておき、第一遮断部１０をオンにするべく、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ、及び第一出力接点１１ｂと第一出力側連結接点１１ｅを接触させる。この状態で無接点スイッチ２のオン／オフの繰り返しを一定時間行う。無接点スイッチ２がオンの際は、電源Ｖ→無接点スイッチ２→負荷→第一入力接点１１ａ→第一入力側連結接点１１ｄ（第一連結部材１２ｂ）→第一出力側連結接点１１ｅ（第一連結部材１２ｂ）→第一出力接点１１ｂ→電源Ｖという閉ループが形成され、無接点スイッチ２を介して負荷に電力が供給される。電力投入直後は、上記のように無接点スイッチ２のオン／オフの繰り返しを行うことで、電流の制限を行う。
【００６４】
一定時間経過後、無接点スイッチ２をオンにする。即ち、無接点スイッチ２及び第一遮断部１０の双方をオンにした状態とする。この状態で、通常時の電力の供給を行う。
【００６５】
上記のように電力の投入開始直後には、無接点スイッチのオン／オフの繰り返しを行いながら負荷に電力を供給することで、負荷への電力を制限することができる。従って、負荷に具えるコンデンサに十分に充電させることができ、電力の投入直後に負荷に大きな電流が流れて負荷が破壊されるといった不具合を効果的に抑制することが可能である。即ち、本発明リレーは、従来のリレーユニットと同様に電流調整を行うことができる。
【００６６】
《電力遮断動作》
次に、負荷への電力を遮断する際の動作を説明する。電力供給時は、上記のように無接点スイッチ２及び第一遮断部１０がオンの状態にある。この状態から電力の供給を遮断する際は、まず、無接点スイッチ２をオフにする。このとき、無接点スイッチ２は、機械的な切り離しを行わないため、アークが発生することがない。
【００６７】
それから、第一遮断部１０をオフにするべく、第一駆動部１２により第一連結部材１２ｂを駆動して、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ間、第一出力側連結接点１１ｅと第一出力接点１１ｂ間を切り離す。このとき、無接点スイッチ２を先にオフにしていることで、回路にほとんど電流が流れていない状態で第一遮断部１０をオフにすることになるため、第一遮断部１０をオフにする際は、アークが発生することがほとんどない、或いは全くない。
【００６８】
従って、本発明リレーは、電流調整を行うことができ、かつ気体の密封構造を用いず、簡易な構成でアークを防止し、高速遮断をも実現することができる。また、本例では、第一遮断部を多接点としており、無接点スイッチが故障するなどして供給電圧の低減が十分に図れない場合であっても、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることができるため、アークの発生を効果的に低減することが可能である。
【００６９】
［第一遮断部の制御回路を具える例１］
上記の例では、第一遮断部のオン／オフを制御する制御装置を別途設ける構成について説明したが、本発明リレーには、第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路を具えていてもよい。図１０は、半導体スイッチを具える制御回路の回路図である。
【００７０】
図１０に示す制御回路は、無接点スイッチのオン／オフを制御すると共に、第一駆動部のソレノイドの動作を制御するＭＰＵと、ＭＰＵなどを駆動する電源回路と、ＭＰＵからのオン／オフ信号を受けて第一駆動部のソレノイドの駆動電流の制御を行う半導体スイッチＱ２とを具える。また、この制御回路は、フルブリッジトランスＴｒ、半導体スイッチＱ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１５からなるフルブリッジ構成としており、無接点スイッチの制御回路への電力供給を行う。本例では、トランスＴｒによって、第一遮断部の制御回路の電源と、無接点スイッチの制御回路の電源とを絶縁分離する。その他、この回路は、半導体スイッチＱ１１、Ｑ１２にＭＰＵからの駆動信号を伝えるための半導体スイッチＱ１４、Ｑ１６、半導体スイッチＱ２の駆動電圧を与える抵抗Ｒ１５、Ｒ１６を具える。本例において半導体スイッチＱ２は、低電圧駆動タイプ（〜４Ｖ）のＮ型チャンネル電界効果形トランジスタを用いた。
【００７１】
このような制御回路は、高電圧の電源と別に具える低電圧電源（例えば、１２Ｖ）に接続されると共に、接地される。また、この低電圧電源に接続される端子１２ｅ’には、第一駆動部のソレノイドの電源端子１２ｅ、半導体スイッチＱ２と接続される端子１２ｄ’には、第一駆動部のソレノイドの電源端子１２ｄがそれぞれ接続される。また、無接点スイッチの制御回路の電源端子２ａ、２ｃが、フルブリッジトランスＴｒからダイオードＤ１１、Ｄ１２を介して端子２ａ’、２ｃ’に接続される。無接点スイッチへの駆動信号は、ＭＰＵからフォトカプラを介して端子２ｂ’→端子２ｂ（図６参照）→半導体スイッチＱ１（同）を経て無接点スイッチに伝えられる。
【００７２】
上記構成により、第一駆動部のソレノイドは、ＭＰＵからの信号により、半導体スイッチＱ２がそれぞれオン／オフすることで、駆動電流が制御される。また、本例に示す制御回路では、フォトカプラを具えてＭＰＵからの電気信号を一旦光信号に変換し、再び電気信号に変換して無接点スイッチに伝える構成としている。この構成により、電気的絶縁を保持しながら、高速のオン／オフ動作を可能とすることができる。
【００７３】
このように遮断部の制御回路をもリレーに具えて一体化した構成とすると、自動車などに取り付ける際の作業性がよく好ましい。
【００７４】
［第一遮断部の制御回路を具える例２］
上記例１では、半導体スイッチＱ２を具える制御回路について説明したが、機械的な遮断を行うリレーを用いた回路でもよい。図１１は、機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路の回路図である。
【００７５】
図１１に示す制御回路は、基本的構成は図１０に示す回路図と同様であり、無接点スイッチのオン／オフを制御すると共に、第一駆動部のソレノイドの動作を制御するＭＰＵと、ＭＰＵなどを駆動する電源回路を具える。異なる点は、ＭＰＵからのオン／オフ信号により動作する半導体スイッチＱ３０と、半導体スイッチＱ３０のオン／オフにより制御されて第一駆動部のソレノイドの駆動電流の制御を行う機械的な遮断が可能なリレーＲＬＹ１とを具える点である。本例において半導体スイッチＱ３０は、ＮＰＮトランジスタを用いた。
【００７６】
機械的な遮断を行うリレーにより、第一駆動部のソレノイドを制御する制御回路とすることで、半導体スイッチＱ２により制御を行う図１０に示す制御回路よりも安価に作製することができる。
【００７７】
［無接点スイッチの制御回路と第一遮断部の制御回路とを具える例］
上記例１、２では、無接点スイッチの制御回路と第一遮断部の制御回路とを別々に具える例を説明したが、無接点スイッチの制御回路と、第一遮断部の制御回路とを一体の回路としてもよい。図１２は、図６に示す無接点スイッチの制御回路と、図１０や図１１に示す第一遮断部の制御回路とを組み合わせた制御回路を示す回路図である。図１２では、半導体スイッチＱ２、リレーＲＬＹ１を省略している。
【００７８】
このように無接点スイッチの制御回路と、機械的な遮断を行う遮断部の制御回路とを一体の回路とすることで、回路の占有面積を小さくすることができると共に、両制御回路を別個に作製する必要が無く作業性に優れる。
【００７９】
［過電流が流れた際の対策１］
次に、短絡事故などが生じた際、無接点スイッチを遮断できる構成を具える制御回路を説明する。短絡事故などの事故が生じると、大きな電流が発生し、負荷に過電流が流れる恐れがある。そこで、本例の制御回路は、コンパレータを具え、コンパレータを利用して、過電流の際、無接点スイッチをオフにする構成である。図１３は、無接点スイッチの制御回路としてコンパレータを具える制御回路と第一遮断部の制御回路とを組み合わせた回路図である。
【００８０】
図１３に示す制御回路は、基本的構成は図６に示す無接点スイッチの制御回路と、図１０又は図１１に示す第一遮断部とを組み合わせた制御回路と同様である。この回路の特徴とする点は、無接点スイッチの制御回路においてコンパレータＣＯＭＰを具える点にある。以下、この点を中心に説明する。なお、図１３では、半導体スイッチＱ２、リレーＲＬＹ１を省略している。
【００８１】
この制御回路は、コンパレータＣＯＭＰにて無接点スイッチのソース・ドレイン間の電位差と閾電位とを比較して、ソース・ドレイン間の電位差が閾電位を超えた場合、無接点スイッチに過電流が流れたと判定し、半導体スイッチＱ２１をオンとする。半導体スイッチＱ２１のオンに伴い半導体スイッチＱ２０、Ｑ１がオンになる。この半導体スイッチＱ１がオンとなることにより、無接点スイッチ２をオフにすることができる。
【００８２】
このように短絡事故などが生じた際、少なくとも無接点スイッチをオフにするように構成しておくと、過電流が負荷にほとんど送られることがない。従って、短絡事故などによる負荷へのダメージをほとんどなくす、或いは防止することができる。また、無接点スイッチを遮断した後、更に第一遮断部を遮断するように構成すると、負荷への過電流によるダメージをより確実に防止することができ、短絡事故などの事故において、負荷が損傷、破壊されることを効果的に防ぐことが可能である。
【００８３】
なお、図１３に示す回路では、ソース・ドレイン間の電位差が閾電位超になると、半導体スイッチＱ２０がオンとなり、ダイオードＤ２を経由して、コンパレータＣＯＭＰの出力をオンにし続けることができる。また、図１３に示す回路では、半導体スイッチＱ１に駆動電圧を与える抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、半導体スイッチＱ１への電流を調整する抵抗Ｒ２４及びダイオードＤ２、半導体スイッチＱ２０に駆動電圧を与える抵抗Ｒ２２、Ｒ２３、コンパレータＣＯＭＰの−側に駆動電圧を与える抵抗Ｒ２５、Ｒ２６、コンパレータＣＯＭＰの＋側に駆動電圧を与える抵抗Ｒ２７、Ｒ２８を具える。
【００８４】
［過電流が流れた際の対策２］
上記対策１では、無接点スイッチの制御回路を工夫することで、過電流が流れた際、負荷の損傷などを防止することを説明した。その他の対策としては、負荷に供給される電流を測定する電流センサ４０を具えることが挙げられる。図１４は、無接点スイッチの制御回路と第一遮断部の制御回路とを組み合わせた回路図であって、更に電流センサを具える例を示す。この制御回路は、基本的構成は図６に示す無接点スイッチの制御回路と、図１０又は図１１に示す遮断部とを組み合わせた制御回路と同様である。この回路の特徴とする点は、電流センサを具える点にある。なお、図１４では、半導体スイッチＱ２、やリレーＲＬＹ１を省略している。
【００８５】
本例において電流センサ４０は、ホール素子を用いた。このような電流センサ４０は、制御回路のＭＰＵに連結して、例えば、図１４に示すように無接点スイッチの近傍に流れる電流を測定できるように配置するとよい。そして、測定した電流値をＭＰＵに送り、ＭＰＵにて規定の閾値と比較して、閾値を超える電流が流れている場合、ＭＰＵは、無接点スイッチをオフにする信号を送るように構成するとよい。
【００８６】
このように電流センサを設けることでも、短絡事故などの際の過電流による不具合を効果的に防止することができる。また、電流センサを具える場合も、無接点スイッチだけでなく、第一遮断部をもオフにする構成としておくと、配線や負荷などの異常加熱などといった事態をより回避し易い。
【００８７】
図１４では、無接点スイッチの制御回路と遮断部の制御回路とが一体になった回路に電流センサを具える例を示したが、図５、６に示すように無接点スイッチの制御回路のみを具える場合に電流センサ４０を設けてももちろんよい。また、図１０、１１に示すように遮断部の制御回路のみを具える場合に電流センサを設けてももちろんよい。
【００８８】
（実施例２：無接点スイッチと並列に機械的な遮断を行う第二遮断部を具える例）次に、無接点スイッチと並列に機械的な遮断を行う遮断部を具える例を説明する。図１５は、本発明直流リレーの概略を示す回路図であって、無接点スイッチと並列に第二遮断部を具える例を示す。本発明直流リレー２’は、負荷への電力の供給を遮断可能な無接点スイッチ２と、無接点スイッチ２と直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な第一遮断部１０と、無接点スイッチ２と並列に機械的な遮断が可能な第二遮断部３０とを具える。以下、各構成をより詳しく説明する。
【００８９】
＜無接点スイッチ＞
本例では、実施例１と同様にワイドギャップ半導体からなるＦＥＴを用い、無接点スイッチ２のオン／オフの制御を行う制御回路として、図６に示すものと同様のものを具える。
【００９０】
＜第一遮断部＞
《接点》
図１６は、第二遮断部を具える本発明直流リレーの概略を示す上面図、図１７（Ａ）は、その正面図、（Ｂ）は、その右側面図、図１８は、その分解構成図である。本例に示す第一遮断部１０は、基本的構成は実施例１と同様の構成とした。即ち、第一入力接点１１ａと第一出力接点１１ｂに加えて、第一連結接点１１ｃを具える。第一連結接点１１ｃは、第一入力接点１１ａと接続又は切り離し可能な第一入力側連結接点１１ｄ、第一出力接点１１ｂと接続又は切り離し可能な第一出力側連結接点１１ｅを具える。従って、本例も実施例１と同様に、合計二組の接点対を具える構成である。
【００９１】
第一入力接点１１ａ、第一出力接点１１ｂは、実施例１と同様にそれぞれ別の導電性部材の一面に形成し、第一入力接点１１ａを設けた導電性部材には、負荷に接続可能な端子１１Ａ、第一出力接点１１ｂを設けた導電性部材には、電源Ｖに接続可能な端子１１Ｂを設けている。第一入力側連結接点１１ｄも、実施例１と同様に、導電性材料からなる第一連結部材１２ｂの一面の一部に設け、この第一連結部材１２ｂの同じ面において他の一部に第一出力側連結接点１１ｅを設けている。第一連結部材１２ｂは、絶縁性材料からなるベース１２ｃに配置している。
【００９２】
《第一駆動部》
第一駆動部１２の駆動源として、実施例１と同様に、ソレノイド１２ａを用い、第一連結部材１２ｂを搭載したベース１２ｃに第一駆動部１２のソレノイド１２ａを連結して、上記二組の接点対の開閉を行う。即ち、本例では、第一連結接点１１ｃを第一駆動部１２により駆動可能な可動接点とし、第一入力接点１１ａ及び第一出力接点１１ｂを固定接点とする。ソレノイド１２ａには、ソレノイド１２ａに電力の供給を行う電源端子１２ｄ、１２ｅが連結され、電力の供給／停止により適宜第一遮断部１０のオン／オフを行う。本例において第一遮断部１０のオン／オフの制御、即ち、ソレノイド１２ａへの電力の供給は、例えば、自動車に搭載される既存の制御装置に第一遮断部１０の駆動機能を追加することで行う。
【００９３】
《第二遮断部》
本例に示す第二遮断部３０は、第三入力接点３１ａ及び第三出力接点３１ｂに加えて、第三連結接点３１ｃを具える構成である。第三連結接点３１ｃは、第三入力接点３１ａと接続又は切り離し可能な第三入力側連結接点３１ｄ、第三出力接点３１ｂと接続又は切り離し可能な第三出力側連結接点３１ｅを具える。従って、上記第一遮断部１０と同様に、第三入力接点３１ａと第三入力側連結接点３１ｄとで一組の接点対をなし、第三出力接点３１ｂと第三出力側連結接点３１ｅとで一組の接点対をなし、合計二組の接点対を具える構成である。即ち、第一遮断部１０と合わせて合計四組の接点対を具える。
【００９４】
第三入力接点３１ａ、第三出力接点３１ｂは、それぞれ別の導電性部材の一面に形成した。第三入力接点３１ａを設けた導電性部材には、電源Ｖに接続可能な端子１０Ａ、第三出力接点３１ｂを設けた導電性部材には、負荷に接続可能な端子１０Ｂを設けている。そして、第三入力接点３１ａを設けた導電性部材と第三出力接点３１ｂを設けた導電性部材間に無接点スイッチ２を具える。
【００９５】
第三入力側連結接点３１ｄは、導電性材料からなる第三連結部材３２ｂの一面の一部に設け、この第三連結部材３２ｂの同じ面において他の一部に第三出力側連結接点３１ｅを設けている。第三連結部材３２ｂは、絶縁性材料からなるベース３２ｃに配置している。
【００９６】
《第二駆動部》
第二駆動部３２の駆動源として、本例では、ソレノイド３２ａを用いている。本例では、第三連結部材３２ｂを搭載したベース３２ｃに第二駆動部３２のソレノイド３２ａを連結して、第二遮断部３０に具える二組の接点対の開閉を行う。即ち、本例では、第三連結接点３１ｃを第二駆動部３２により駆動可能な可動接点とし、第三入力接点３１ａ及び第三出力接点３１ｂを固定接点とする。ソレノイド３２ａには、ソレノイド３２ａに電力の供給を行う電源端子３２ｄ、１２ｅが連結され、電力の供給／停止により適宜第二遮断部３０のオン／オフを行う。本例において第二遮断部３０のオン／オフの制御、即ち、ソレノイド３２ａへの電力の供給は、上記第一遮断部１０と同様に、例えば、自動車に搭載される既存の制御装置に第二遮断部３０の駆動機能を追加することで行う。
【００９７】
＜動作説明＞
《電力投入動作》
上記構成を具える本発明直流リレー２’において、負荷に電力を供給する際の動作を説明する。まず、無接点スイッチ２及び第二遮断部３０をオフにしておき、第一遮断部１０をオンにするべく、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ、及び第一出力接点１１ｂと第一出力側連結接点１１ｅを接触させる。この状態で無接点スイッチ２のオン／オフの繰り返しを一定時間行う。無接点スイッチ２がオンの際は、電源Ｖ→（第三入力接点３１ａ）→無接点スイッチ２→（第三出力接点３１ｂ）→負荷→第一入力接点１１ａ→第一入力側連結接点１１ｄ（第一連結部材１２ｂ）→第一出力側連結接点１１ｅ（第一連結部材１２ｂ）→第一出力接点１１ｂ→電源Ｖという閉ループが形成され、無接点スイッチ２を介して負荷に電力が供給される。電力投入直後は、実施例１と同様に、無接点スイッチ２のオン／オフの繰り返しを行うことで、電流の制限を行う。
【００９８】
一定時間経過後、第二遮断部３０をオンにするべく、第三入力接点３１ａと第三入力側連結接点３１ｄ、及び第三出力接点３１ｂと第三出力側連結接点３１ｅを接触させる。即ち、第一遮断部１０及び第二遮断部３０をオンにした状態とする。この状態で、通常時の電力の供給を行う。このとき、無接点スイッチ２は、オフでもオンでもよい。
【００９９】
このように電力の投入開始直後には、無接点スイッチのオン／オフの繰り返しを行いながら負荷に電力を供給することで、負荷への電力を制限して、負荷に具えるコンデンサに十分に充電させることができる。従って、電力の投入直後に負荷に大きな電流が流れて負荷が破壊されるといった不具合を効果的に防止できる。即ち、本発明リレーは、従来のリレーユニットと同様に電流調整を行うことができる。
【０１００】
また、この構成では、実施例１と異なり、通常時の電力供給は、無接点スイッチを介してではなく、第二遮断部を介して行う。従って、無接点スイッチは、電力投入時の電流及び電圧に耐え得るものを用いればよく、種々のものを用いることができる。
【０１０１】
《電力遮断動作》
次に、負荷への電力を遮断する際の動作を説明する。電力供給時は、上記のように第一遮断部１０及び第二遮断部３０がオンの状態である。この状態から電力の供給を遮断する際は、まず、無接点スイッチ２をオンにする。そして、第二遮断部３０をオフにするべく、第二駆動部３２により、第三入力接点３１ａと第三入力側連結接点３１ｄ間、第三出力接点３１ｂと第三出力側連結接点３１ｅ間を切り離す。このとき、無接点スイッチ２がオンであることで、第二遮断部３０の両側において電位差がほとんどない状態で第二遮断部３０をオフにすることになる。従って、第二遮断部３０をオフにするとき、アークがほとんど生じることがない、又はアークが全く発生しない。
【０１０２】
次に、無接点スイッチ２をオフにする。このとき、無接点スイッチ２は、機械的な切り離しを行わないため、アークが発生することがない。
【０１０３】
それから、第一遮断部１０をオフにするべく、第一駆動部１２により第一連結部材１２ｂを駆動して、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ間、第一出力側連結接点１１ｅと第一出力接点１１ｂ間を切り離す。このとき、無接点スイッチ２を先にオフにしていることで、回路にほとんど電流が流れていない状態で第一駆動部１０をオフにすることになるため、第一遮断部１０をオフにする際にアークが生じることがほとんどない、或いは全くない。
【０１０４】
従って、本発明リレーは、上記実施例１と同様に、電流調整を行うことができると共に、気体の密封構造を用いない簡易な構成でありながら、アークを防止して、短時間で遮断することをも実現することができる。また、本例に示すリレーでは、無接点スイッチが故障するなどして供給電圧の低減が十分に図れない場合であっても、第一遮断部及び第二遮断部を具えて多接点とし同時にオフにすることで、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることができるため、アークの発生を効果的に低減することが可能である。
【０１０５】
［第一遮断部及び第二遮断部の制御回路を具える例］
上記の例では、第一遮断部及び第二遮断部のオン／オフを制御する制御装置を別途設ける構成について説明したが、本発明リレーには、第一遮断部及び第二遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路を具えていてもよい。図１９、２０は、第一遮断部及び第二遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、図１９は半導体スイッチを具える制御回路、図２０は機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路である。
【０１０６】
図１９に示す制御回路は、基本的構成は図１０に示す制御回路と同様であり、ＭＰＵからのオン／オフ信号を受けて第二駆動部のソレノイドの駆動電流の制御を行う半導体スイッチＱ３を具える点が異なる。この半導体スイッチＱ３と接続される端子３２ｄ’には、第二駆動部のソレノイドの電源端子３２ｄが接続され、第二駆動部のソレノイドは、ＭＰＵからの信号により、半導体スイッチＱ３がオン／オフすることで、駆動電流が制御される。
【０１０７】
図２０に示す制御回路は、基本的構成は図１１に示す回路図と同様であり、ＭＰＵからのオンオフ信号により動作する半導体スイッチＱ３１と、半導体スイッチＱ３１のオン／オフにより制御されて第二駆動部のソレノイドの駆動電流の制御を行う機械的な遮断が可能なリレーＲＬＹ２とを具える点が異なる。このような機械的な遮断を行うリレーにより、第一駆動部及び第二駆動部のソレノイドを制御する制御回路とすることで、半導体スイッチＱ２、Ｑ３により制御を行う図１９に示す制御回路よりも安価に作製することができる。
【０１０８】
このように遮断部の制御回路をもリレーに具えて一体化した構成とすると、自動車などに取り付ける際の作業性がよく好ましい。
【０１０９】
上記実施例２においても、図６に示す無接点スイッチの制御回路と図１９、２０に示す第一遮断部の制御回路とを一体にした制御回路を具えてもよい。また、過電流が流れた際の対策として、図１３に示すようにコンパレータを具える制御回路や、図１４に示すように電流センサ４０を具える制御回路を利用することができる。
【０１１０】
（実施例３：無接点スイッチに並列に抵抗を具える例）
次に、無接点スイッチと並列に抵抗を具える例を説明する。図２１は、本発明直流リレーの概略を示す回路図であって、無接点スイッチと並列に抵抗を具える例を示す。本発明直流リレー３は、負荷への電力の供給を遮断可能な無接点スイッチ２と、無接点スイッチ２と直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な第一遮断部１０と、無接点スイッチ２と並列に接続される抵抗Ｒとを具える。以下、各構成をより詳しく説明する。
【０１１１】
＜無接点スイッチ＞
本例では、実施例１と同様にワイドギャップ半導体からなるＦＥＴを用い、無接点スイッチ２のオン／オフの制御を行う制御回路として、図２２に示すものを具える。図２２（Ａ）は、無接点スイッチのオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図、（Ｂ）は、無接点スイッチをオンにする時間を遮断部よりも遅らせることが可能な回路図である。図２２（Ａ）に示す制御回路は、無接点スイッチ２に電力の供給を行う電源回路と接続可能な電源端子２ａ、２ｃと、電源端子２ａ、２ｃ間に配置されて制御回路の電圧を一定に保つためのキャパシタＣと、無接点スイッチ２へのオン／オフの信号（電圧）を与えるための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、負荷に流れる大電流系から制御回路に電流が流れるのを防止するためのダイオードＤ１とを具える。更に、図２２（Ｂ）に示すようにコンデンサＣｔを具えて、抵抗Ｒ１とコンデンサＣｔとの積により、無接点スイッチをオンにする時間を調整可能な回路としてもよい。本例のリレーは、遮断部をオンにして電力投入を開始してから一定時間後に無接点スイッチをオンにする。このとき、図２２（Ｂ）に示すような制御回路とすると、無接点スイッチ２をオンにする時間をコンデンサＣｔ及び抵抗Ｒ１により遮断部よりも遅らせることができる。
【０１１２】
＜第一遮断部＞
《接点》
図２３は、無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーの概略を示す上面図、図２４は、その正面図、図２５は、その分解構成図である。本例に示す第一遮断部１０は、実施例１と同様に第一入力接点１１ａ及び第一出力接点１１ｂに加えて、第一連結接点１１ｃを具える構成である。第一連結接点１１ｃは、第一入力接点１１ａと接続又は切り離し可能な第一入力側連結接点１１ｄ、第一出力接点１１ｂと接続又は切り離し可能な第一出力側連結接点１１ｅを具える。
【０１１３】
第一入力接点１１ａ、第一出力接点１１ｂは、それぞれ別個の導電性部材の一面に形成した。第一入力接点１１ａを設けた導電性部材には、電源Ｖに接続可能な端子１０Ａ、第一出力接点１１ｂを設けた導電性部材には、負荷に接続可能な端子１０Ｂを設けている。
【０１１４】
第一入力側連結接点１１ｄ、第一出力側連結接点１１ｅも第一入力接点１１ａ、第一出力接点１１ｂと同様に、それぞれ別個の導電性部材１２ｆ、１２ｇの一面に形成した。そして、これら導電性部材１２ｆ、１２ｇ間に無接点スイッチ２及び抵抗Ｒを並列に配置している。これら導電性部材１２ｆ、１２ｇ、無接点スイッチ２及び抵抗Ｒを絶縁性材料からなるベース１２ｃに配置している。
【０１１５】
《第一駆動部》
第一駆動部１２の駆動源として、実施例１と同様に、ソレノイド１２ａを用い、導電性部材１２ｆ、１２ｇ、無接点スイッチ２及び抵抗Ｒを搭載したベース１２ｃに第一駆動部１２のソレノイド１２ａを連結して、上記二組の接点対の開閉を行う。即ち、本例では、第一連結接点１１ｃを第一駆動部１２により駆動可能な可動接点とし、第一入力接点１１ａ及び第一出力接点１１ｂを固定接点とする。ソレノイド１２ａには、ソレノイド１２ａに電力の供給を行う電源端子１２ｄ、１２ｅが連結され、電力の供給／停止により適宜第一遮断部１０のオン／オフを行う。本例において第一遮断部１０のオン／オフの制御は、例えば、自動車に搭載される既存の制御装置に第一遮断部１０の駆動機能を追加することで行う。
【０１１６】
＜動作説明＞
《電力投入動作》
上記構成を具える本発明直流リレー３において、負荷に電力を供給する際の動作を説明する。まず、無接点スイッチ２をオフにしておき、第一遮断部１０をオンにするべく、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ、及び第一出力接点１１ｂと第一出力側連結接点１１ｅを接触させる。このとき、電源Ｖ→第一入力接点１１ａ→第一入力側連結接点１１ｄ（導電性部材１２ｆ）→抵抗Ｒ→第一出力側連結接点１１ｅ（導電性部材１２ｇ）→第一出力接点１１ｂ→負荷→電源Ｖという閉ループが形成され、抵抗Ｒを介して負荷に電力が供給される。このように電力投入直後は、抵抗Ｒを介すことで、電流の制限を行う。
【０１１７】
一定時間経過後、無接点スイッチ２をオンにする。このとき、電源Ｖ→第一入力接点１１ａ→第一入力側連結接点１１ｄ（導電性部材１２ｆ）→無接点スイッチ２→第一出力側連結接点１１ｅ（導電性部材１２ｇ）→第一出力接点１１ｂ→負荷→電源Ｖという閉ループが形成され、無接点スイッチ２を介して負荷に電力が供給される。このように通常時の電力の供給は、無接点スイッチを介して行う。なお、無接点スイッチ２の制御回路として図２２（Ａ）に示す構成とした場合、一定時間経過後、無接点スイッチがオンになるようにＭＰＵなどにて制御するとよい。一方、図２２（Ｂ）に示す構成とした場合、抵抗Ｒ１とコンデンサＣｔとにより、無接点スイッチをオンにするタイミングを制御することができる。即ち、回路構成により、無接点スイッチを制御可能である。
【０１１８】
上記のように電力の投入開始直後には、抵抗Ｒを介して負荷に電力を供給することで、抵抗Ｒが電力エネルギーを消費することから、負荷への電力を制限することができる。従って、負荷に具えるコンデンサに十分に充電させることができ、電力の投入直後に負荷に大きな電流が流れて負荷が破壊されるといった不具合を効果的に防止することができる。即ち、本発明リレーは、従来のリレーユニットと同様に電流調整を行うことができる。
【０１１９】
なお、通常時の電力供給の際は、無接点スイッチだけでなく、抵抗Ｒにも電流が流れることになるが、電流は、抵抗値が小さい無接点スイッチに主に流れることになる。
【０１２０】
《電力遮断動作》
次に、負荷への電力を遮断する際の動作を説明する。電力供給時は、上記のように無接点スイッチ２及び第一遮断部１０がオンの状態である。この状態から電力の供給を遮断する際は、まず、無接点スイッチ２をオフにする。このとき、無接点スイッチ２は、機械的な切り離しを行わないため、アークが発生することがない。
【０１２１】
次に、第一遮断部１０をオフにするべく、第一駆動部１２によりベース１２ｃを駆動して、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ間、第一出力側連結接点１１ｅと第一出力接点１１ｂ間を切り離す。このとき、無接点スイッチ２をオフにしていることで、電流は、抵抗Ｒを介して流れることになる。即ち、供給電圧の大部分が抵抗Ｒの両端に印加されることで、第一遮断部１０の各接点対には、ほとんど電位差が生じない状態となっている。この状態で、第一遮断部１０をオフにすると、アークが生じにくい、或いは全く生じない。
【０１２２】
従って、本発明リレーは、上記実施例１と同様に、電流調整を行うことができると共に、気体の密封構造を用いない簡易な構成でアークを抑制することができ、高速遮断を可能とする。また、本例に示すリレーでは、無接点スイッチが故障するなどして供給電圧が抵抗に十分に印加されない場合であっても、接点対を多数具えることで接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることができるため、アークの発生を効果的に低減することが可能である。
【０１２３】
［第一遮断部の制御回路を具える例］
上記の例では、第一遮断部のオン／オフを制御する制御装置を別途設ける構成について説明したが、本発明リレーには、第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路を具えていてもよい。図２６、２７は、第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、図２６は半導体スイッチを具える制御回路、図２７は機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路である。図２６に示す制御回路は、基本的構成は図１０に示す制御回路と同様であり、図２７に示す制御回路は、基本的構成は図１１に示す制御回路と同様あり、いずれもフォトカプラを具えていない点が異なる。このように第一遮断部の制御回路をもリレーに具えて一体化した構成とすると、自動車などに取り付ける際の作業性がよく好ましい。
【０１２４】
また、図２８に示すように無接点スイッチの制御回路と、第一遮断部の制御回路とを一体の回路としてもよい。図２８は、図２２（Ｂ）に示す無接点スイッチの制御回路と、図２６や図２７に示す遮断部の制御回路とを組み合わせた制御回路を示す回路図である。図２８では、半導体スイッチＱ２、リレーＲＬＹ１を省略している。このように無接点スイッチの制御回路と、機械的な遮断を行う第一遮断部の制御回路とを一体の回路とすることで、回路の占有面積を小さくすることができると共に、両制御回路を別個に作製する必要が無く作業性に優れる。
【０１２５】
［過電流が流れた際の対策］
過電流が流れた際の対策としては、実施例１と同様にコンパレータを具える制御回路（図２９参照）や、電流センサ４０を具える制御回路（図３０参照）を利用することができる。図２９に示す制御回路は、基本的構成は図１３と同様であり、フォトカプラがない点が異なる。この制御回路を具える場合、短絡事故などが生じた際、無接点スイッチをオフにするように構成しておくと、抵抗により電力エネルギーが消費されることで、過電流が負荷にほとんど送られることがない。従って、短絡事故などによる負荷へのダメージをほとんどなくす、或いは防止することができる。図３０に示す制御回路は、基本的構成は図１４と同様であり、フォトカプラがない点が異なる。無接点スイッチの制御回路部分は、図２２（Ａ）に示す制御回路と同様である。このように電流センサ４０を設けることでも、短絡事故などの際の過電流による不具合を効果的に防止することができる。
【０１２６】
なお、図３０では、無接点スイッチの制御回路と第一遮断部の制御回路とが一体になった回路に電流センサを具える例を示したが、図２１、２２に示すように無接点スイッチの制御回路のみを具える場合に電流センサ４０を設けてももちろんよい。また、図２６、２７に示すように第一遮断部の制御回路のみを具える場合に電流センサ４０を設けてももちろんよい。
【０１２７】
（実施例４：無接点スイッチに並列に抵抗を具え、第一遮断部が多接点である例）
次に、上記実施例３において、第一遮断部が多接点であり、接点対の一部を負荷よりも電源の高電位側に配置し、接点対の残部を負荷よりも電源の低電位側に配置する例を説明する。図３１は、本発明直流リレーの概略を示す回路図であって、無接点スイッチと並列に抵抗を具えると共に、第一遮断部が多接点である例を示す。本発明直流リレー４は、基本的構成は実施例３に示す直流リレー３と同様であり、負荷への電力の供給を遮断可能な無接点スイッチ２と、無接点スイッチ２と直列に接続されると共に、機械的に遮断可能な第一遮断部１０と、無接点スイッチ２と並列に抵抗Ｒとを具える。そして、第一遮断部１０が複数の接点対を具え、一部の接点対を負荷よりも電源の高電位側、残部の接点対を負荷よりも電源の低電位側に具える点が異なる。以下、この点を中心に説明する。
【０１２８】
図３２は、無接点スイッチと並列に抵抗を具えると共に、第一遮断部が多接点である本発明直流リレーの概略を示す上面図、図３３は、その正面図、図３４は、その分解構成図である。本例に示す第一遮断部１０は、第一連結接点１１ｃと第二連結接点１３ｃとを具え、第一連結接点１１ｃがつくる接点対を負荷よりも電源の高電位側に配置し、第二連結接点１３ｃがつくる接点対を負荷よりも電源の低電位側に配置する。即ち、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄとからなる接点対、及び第一出力接点１１ｂと第一出力側連結接点１１ｅとからなる接点対を負荷よりも電源の高電位側に配置し、第二入力接点１３ａと第二入力側連結接点１３ｄとからなる接点対、及び第二出力接点１３ｂと第二出力側連結接点１３ｅとからなる接点対を負荷よりも電源の低電位側に配置している。その他の構成は、実施例３と同様である。
【０１２９】
＜動作説明＞
《電力投入動作》
上記構成を具える本発明直流リレーにおいて、負荷に電力を供給する際の動作は、上記実施例３と同様に行うとよい。即ち、まず、無接点スイッチ２をオフにしておき、第一遮断部１０をオンにするべく第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ、及び第一出力接点１１ｂと第一出力側連結接点１１ｅ、第二入力接点１３ａと第二入力側連結接点１３ｄ、及び第二出力接点１３ｂと第二出力側連結接点１３ｅを接触させる。このとき、電源Ｖ→第一入力接点１１ａ→第一入力側連結接点１１ｄ（導電性部材１２ｆ）→抵抗Ｒ→第一出力側連結接点１１ｅ（導電性部材１２ｇ）→第一出力接点１１ｂ→負荷→第二入力接点１３ａ→第二入力側連結接点１３ｄ（第二連結部材１３ｆ）→第二出力側連結接点１３ｅ（第二連結部材１３ｆ）→第二出力接点１３ｂ→電源Ｖという閉ループが形成され、抵抗Ｒを介して負荷に電力を供給する。従って、実施例３と同様に電力投入直後は、抵抗Ｒを介すことで電流を制限することができる。
【０１３０】
一定時間経過後、無接点スイッチ２をオンにする。このとき、電源Ｖ→第一入力接点１１ａ→第一入力側連結接点１１ｄ（導電性部材１２ｆ）→無接点スイッチ２→第一出力側連結接点１１ｅ（導電性部材１２ｇ）→第一出力接点１１ｂ→負荷→第二入力側連結接点１３ｄ（第二連結部材１３ｆ）→第二出力側連結接点１３ｅ（第二連結部材１３ｆ）→第二出力接点１３ｂ→電源Ｖという閉ループが形成され、無接点スイッチ２を介して負荷に電力を供給する。このように通常時の電力供給は、無接点スイッチを介して行う。なお、無接点スイッチ２の制御回路として図２２（Ａ）に示す構成とした場合、一定時間経過後、無接点スイッチがオンになるようにＭＰＵなどにて制御するとよい。一方、図２２（Ｂ）に示す構成とした場合、抵抗Ｒ１とコンデンサＣｔとにより、無接点スイッチをオンにするタイミングを制御することができる。即ち、回路構成により、無接点スイッチを制御可能である。
【０１３１】
実施例３と同様に電力の投入開始直後には、抵抗Ｒを介して負荷への電力の供給を行い、負荷への電力を制限する。従って、負荷に具えるコンデンサは、十分に充電することができ、電力の投入直後に大きな電流が流れることで負荷が破壊されるといった不具合を効果的に防止できる。即ち、本発明リレーは、実施例３と同様に従来のリレーユニットと同様に電流調整を行うことができる。
【０１３２】
《電力遮断動作》
次に、負荷への電力を遮断する際の動作を説明する。この動作も上記実施例３と同様の手順で行うとよい。即ち、電力供給時において接点スイッチ２、第一遮断部１０がオンの状態から電力の供給を遮断する際は、まず、無接点スイッチ２をオフにする。このとき、無接点スイッチ２は、機械的な切り離しを行わないことから、アークが生じることがない。
【０１３３】
次に、第一遮断部１０をオフにするべく、第一駆動部１２によりベース１２ｃを駆動して、第一入力接点１１ａと第一入力側連結接点１１ｄ間、第一出力側連結接点１１ｅと第一出力接点１１ｂ間、第二入力接点１３ａと第二入力側連結接点１３ｄ間、第二出力側連結接点１３ｅと第二出力接点１３ｂ間を切り離す。このとき、無接点スイッチ２を先にオフにしていることで、電流は、抵抗Ｒを介して流れることになる。即ち、供給電圧の大部分が抵抗Ｒの両端に印加されることで、第一遮断部１０の各接点対には、ほとんど電位差が生じない状態となっている。この状態で、第一遮断部１０をオフにすると、アークが発生しにくい、或いは全く生じない。
【０１３４】
従って、本発明リレーは、上記実施例３と同様に、電流調整が可能であると共に、気体の密封構造を用いない簡易な構成でありながら、アークをより抑制することができ、短時間で遮断することができる。また、本発明リレーでは、無接点スイッチが故障するなどして供給電圧が抵抗に十分に印加されない場合であっても、第一遮断部を多接点とすることで、接点対一つ当りに加わる電圧を小さくすることができるため、アークの発生を効果的に低減することが可能である。
【０１３５】
上記実施例４において、第一遮断部の制御回路をも具えていてもよい。第一遮断部の制御回路としては、上記実施例３と同様に図２６、２７に示すものが挙げられる。また、図２８に示すように無接点スイッチの制御回路と、第一遮断部の制御回路とを一体化した回路を具えていてもよい。更に、過電流が流れた際の対策としては、上記実施例３と同様に図２９に示すコンパレータを具える制御回路や、図３０に示す電流センサ４０を具える制御回路などを具えてもよい。
【０１３６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明直流リレーによれば、部品点数が少なく、電力投入時の電力調整を行うことができ、簡易な構成でありながら、アークを低減する、或いは防止することができるという優れた効果を奏し得る。特に、本発明リレーでは、従来のような複雑で高価な気体の密封構造を用いておらず、長期に亘り優れた遮断性能を維持することができる。更に、本発明リレーは、簡易な構成であることから、コストの低減も図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明直流リレーの構成を模式的に示す説明図であって、（Ａ）は負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチを配置し、負荷よりも電源の低電位側に遮断部を配置する例、（Ｂ）は負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチ及び遮断部を配置する例、（Ｃ）は負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチ及び遮断部を配置すると共に、遮断部の連結接点間に無接点スイッチを配置する例、（Ｄ）は、遮断部を多接点とし、負荷よりも電源の高電位側に遮断部の接点対の一部を配置し、負荷よりも電源の低電位側に遮断部の接点対の残部及び無接点スイッチを配置する例である。
【図２】無接点スイッチと並列に第二遮断部を具える本発明直流リレーの構成を模式的に示す説明図であって、（Ａ）は負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチ及び第二遮断部を配置し、負荷よりも電源の低電位側に第一遮断部を配置する例、（Ｂ）は負荷よりも電源の高電位側に第一遮断部を配置し、負荷よりも電源の低電位側に無接点スイッチ及び第二遮断部を配置する例、（Ｃ）は負荷よりも電源の高電位側に第一遮断部、無接点スイッチ及び第二遮断部を配置すると共に、第一遮断部の連結接点間に無接点スイッチ及び第二遮断部を配置する例、（Ｄ）は第一遮断部を多接点とし、負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチ及び第二遮断部、第一遮断部の接点対の一部を配置し、負荷よりも電源の低電位側に第一遮断部の接点対の残部を配置する例である。
【図３】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーの構成を模式的に示す説明図であって、（Ａ）は負荷よりも電源の高電位側に遮断部、無接点スイッチ及び抵抗を配置すると共に、遮断部の連結接点間に無接点スイッチ及び抵抗を配置する例、（Ｂ）は負荷よりも電源の高電位側に無接点スイッチ及び抵抗を配置し、負荷よりも電源の低電位側に遮断部を配置する例、（Ｃ）は負荷よりも電源の高電位側に遮断部、無接点スイッチ及び抵抗を配置する例、（Ｄ）は負荷よりも電源の高電位側に多接点の遮断部を配置し、負荷よりも電源の低電位側に無接点スイッチ及び抵抗を配置する例である。
【図４】第一遮断部が多接点で、一部の接点対を負荷よりも電源の高電位側に配置し、残部の接点対を負荷よりも電源の低電位側に配置する本発明直流リレーの構成を模式的に示す説明図であって、（Ａ）は負荷よりも電源の高電位側にある第一遮断部の連結接点間に無接点スイッチ及び抵抗を配置する例、（Ｂ）は無接点スイッチを負荷よりも電源の高電位側に配置する例、（Ｃ）は無接点スイッチを負荷よりも電源の低電位側に配置する例である。
【図５】本発明直流リレーの概略を示す回路図である。
【図６】本発明直流リレーに具える無接点スイッチのオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図である。
【図７】本発明直流リレーの概略を模式的に示す上面図である。
【図８】図７に示す本発明直流リレーの正面図である。
【図９】図７に示す本発明直流リレーの分解構成図である。
【図１０】本発明直流リレーに具える第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、半導体スイッチを具える制御回路である。
【図１１】本発明直流リレーに具える第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路である。
【図１２】本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、無接点スイッチの制御回路と、第一遮断部の制御回路とを組み合わせた制御回路である。
【図１３】本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、短絡事故時などで無接点スイッチを遮断可能な制御回路である。
【図１４】本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、電流センサを具える回路である。
【図１５】本発明直流リレーの概略を示す回路図であって、無接点スイッチと並列に第二遮断部を具える例を示す。
【図１６】第二遮断部を具える本発明直流リレーの概略を模式的に示す上面図である。
【図１７】（Ａ）は、図１６に示す本発明直流リレーの正面図、（Ｂ）は、その右側面図である。
【図１８】図１６に示す本発明直流リレーの分解構成図である。
【図１９】第一遮断部及び第二遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、半導体スイッチを具える制御回路である。
【図２０】第一遮断部及び第二遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路である。
【図２１】本発明直流リレーの概略を模式的に示す回路図であって、無接点スイッチと並列に抵抗を具える例を示す。
【図２２】（Ａ）は、無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーにおいて、無接点スイッチのオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す回路に更にコンデンサＣｔを具える回路図である。
【図２３】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーの概略を模式的に示す上面図である。
【図２４】図２３に示す本発明直流リレーの正面図である。
【図２５】図２３に示す本発明直流リレーの分解構成図である。
【図２６】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーにおいて第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、半導体スイッチを具える制御回路である。
【図２７】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーにおいて、第一遮断部のオン／オフの制御を行う制御回路の一例を示す回路図であり、機械的な遮断を行うリレーを具える制御回路である。
【図２８】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーにおいて、無接点スイッチの制御回路と、第一遮断部の制御回路とを組み合わせた制御回路を示す回路図である。
【図２９】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、短絡事故時などで無接点スイッチを遮断可能な制御回路である。
【図３０】無接点スイッチと並列に抵抗を具える本発明直流リレーに具える制御回路の一例を示す回路図であり、電流センサを具える回路である。
【図３１】本発明直流リレーの概略を模式的に示す回路図であって、無接点スイッチと並列に抵抗を具えると共に、第一遮断部が多接点であり、接点対の一部を負荷よりも電源の高電位側に配置し、接点対の残部を負荷よりも電源の低電位側に配置する例を示す。
【図３２】無接点スイッチと並列に抵抗を具えると共に、第一遮断部が多接点である本発明直流リレーの概略を模式的に示す上面図である。
【図３３】図３２に示す本発明直流リレーの正面図である。
【図３４】図３２に示す本発明直流リレーの分解構成図である。
【図３５】ＨＥＶに用いられている従来のリレーユニットを説明する概略回路図である。
【符号の説明】
１、２’、３、４  直流リレー  ２  無接点スイッチ  ２ａ、２ｃ  電源端子
２ｂ  信号端子  ２ａ’、２ｂ’、２ｃ’  端子
１０  （第一）遮断部  １０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ  端子
１１ａ  （第一）入力接点  １１ｂ  （第一）出力接点  １１ｃ  （第一）連結接点
１１ｄ  （第一）入力側連結接点  １１ｅ  （第一）出力側連結接点
１２  （第一）駆動部  １２ａ  ソレノイド  １２ｂ  第一連結部材  １２ｃ  ベース
１２ｄ、１２ｅ  電源端子  １２ｄ’、１２ｅ’  端子  １２ｆ、１２ｇ  導電性部材
１３ａ  第二入力接点  １３ｂ  第二出力接点
１３ｃ  第二連結接点  １３ｄ  第二入力側連結接点  １３ｅ  第二出力側連結接点
１３ｆ  第二連結部材
３０  第二遮断部  ３１ａ  第三入力接点  ３１ｂ  第三出力接点
３１ｃ  第三連結接点  ３１ｄ  第三入力側連結接点  ３１ｅ  第三出力側連結接点
３２  第二駆動部  ３２ａ  ソレノイド  ３２ｂ  第三連結部材  ３２ｃ  ベース
３２ｄ  電源端子
４０  電流センサ
１００  リレーユニット  １０１  第一リレー  １０２  第二リレー  １０３  第三リレー
１０４  抵抗  １０５  電源  １０６  サービスプラグ  １０７  電圧ヒューズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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